Лазерного термоупрочнения

Зернистость, степень связности и образование карбидного каркаса под действием лазерного облучения зависят от интенсивности термически стимулированных диффузионных процессов в области межфазных и межзеренных границ. Обеспечение плотных контактов между карбидными зернами повышает теплопроводность твердых сплавов, что предпочтительно в условиях высокотемпературного трибомеханичес-кого взаимодействия с обрабатываемым материалом. Температурно-скоростной диапазон эксплуатации инструментальных твердых сплавов в условиях резания достаточно широк. Поэтому для получения позитивных результатов повышения износостойкости модифицированных твердых сплавов, а также эффективного использования в процессах резания необходим учет превалирующего влияния физико-химических явлений, сопровождающих изнашивание материала в конкретных условиях эксплуатации.

Создание технологии лазерной обработки основывается на последовательном анализе множества факторов. Исходным фактором является марка инструментальных сталей и сплавов. Затем оценивают влияние лазерного воздействия на изменение структуры, элементного и фазового состава модифицируемого материала. На следующем этапе устанавливается влияние лазерного облучения на изменение механических и триботехнических свойств. При разработке технологического процесса лазерной обработки, кроме того, учитывают изменение шероховатости обрабатываемой поверхности и теплостойкость инструментальных материалов.

В книге рассматриваются технологические процессы упрочнения материалов с помощью импульсного и непрерывного излучения лазеров различных типов. Приведены сведения об используемом для этих целей оборудовании, проанализирована процессе и явления, необходимые для понимания механизма упрочнения материалов в условиях лазерного облучения. Описаны различные схема реализации процесса. Приведены примеры практического использования новой технологии локального упрочнения и легирования деталей машин и инструментов. Предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся вопросами разработки и внедрения прогрессивной технологии в производство! может быть полезна аспирантам в студентам машиностроительных и приборостроительных специальностей.

ВОЗМОЖНОСТИ ЛЕГИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ ЛАЗЕРНОГО ОБЛУЧЕНИЯ

При развитии высоких температур в условиях лазерного облучения интенсифицируются различные процессы в материале, в частности, диффузионные. Изучение диффузионных явлений в материале при воздействии на него лазерного излучения представляет интерес в связи с необходимостью разработки технологического процесса локального микролегирования поверхности конструкционных материалов с целью их упрочнения.

Первые исследования [31] были проведены по изучению возможности диффузионного насыщения поверхности металла углеродом. Опыты по облучению железа, на поверхность которого наносились слои различных углеродосодержащих соединений, в том числе и графит, проводились с использованием импульсного лазерного излучения. Результаты рентгеноструктурного анализа свидетельствуют о насыщении железа углеродом, причем до достаточно высокой концентрации с образованием твердого раствора железо — углерод. Металлографические исследования показали, что на поверхности железа с покрытием после лазерного облучения образуется белый слаботравящийся слой с равномерной микротвердостью, достигающей 1400 кгс/мм2. За ним идет термообработанный слой с микротвердостью 1000 кгс/мм2.

С точки зрения реализации процесса насыщения поверхности конструкционных материалов легирующими элементами в условиях лазерного облучения наиболее перспективным является изучение диффузионных явлений в жидкой фазе, а также в условиях конвективного и механического перемешивания расплава двухкомпонент-ной системы.

С целью исследования механизма массопереноса в условиях лазерного облучения выполнялись эксперименты по насыщению технического железа молибденом [3J.

При исследовании процесса легирования материала в условиях лазерного облучения изучались различные способы предварительного нанесения слоя легирующего элемента на матрицу: накатка фольги из легирующего материала, электролитическое осаждение легирующего материала, детонационное покрытие, плазменное'напыление легирующих элементов, нанесение порошка или специальной обмазки и др. [16]. Наиболее значительным недостатком первого способа нанесения слоя легирующего элемента является высокое тепловое сопротивление между легирующим элементом и матрицей, препятствующее расплавлению матричного материала и приводящее к испарению слоя легирующего элемента. В меньшей мере этот недостаток присущ двум следующим указанным способам.

ющего компонента легкоплавкого металла или соединения. Эксперименты на алитированных стальных образцах (сталь 45) показали, что нанесенный электроискровым способом слой алюминия в условиях лазерного облучения в значительной мере испаряется и лишь несущественная часть его попадает в ванну расплава.

Как показывает анализ температурных полей в материале, в условиях лазерного облучения зона с измененной структурой в общем случае представляет собой полусферу (гиперболоид вращения), ограниченную определенной изотермой. Поэтому увеличение шага S линейного размещения таких полусфер, а значит, и скорости обработки вызовет и неравномерность формирования зоны с измененной структурой по глубине.

Повышение износостойкости твердосплавных инструментальных материалов после лазерного термоупрочнения может достигать 6 раз [121]. Одним из основных аргументов, объясняющих наблюдаемый факт, признается увеличение микротвердости модифицированных лазерным воздействием приповерхностных слоев твердого сплава. Однако износостойкость инструментальных твердых сплавов весьма чувствительна к режимам облучения и условиям эксплуатации модифициро-

Условия отжига и отпуска достигаются при облучении со сравнительно низкими значениями плотностей мощности. Для лазерного термоупрочнения требуются более высокие уровни воздействия, что связано с необходимостью достижения температур структурно-фазовых превращений.

Рис. 8.13. Схемы лазерного термоупрочнения [164]

Диапазон плотностей мощности лазерного воздействия определяется верхним и нижним пределами, которые связаны соответственно с началом плавления и отпуска материала. При обработке на оптимальном режиме достигается наибольший упрочняющий эффект и глубина модифицированного слоя. Следует отметить, что из-за различающихся химических составов модифицируемых сталей и сплавов, несоблюдения режимов предварительной термической обработки рекомендуется использовать образцы-свидетели для каждой партии облучаемых изделий. Образцы-свидетели необходимы для конкретизации режимов лазерного термоупрочнения и исключения разупрочняю-щих эффектов. Подбор режимов лазерного воздействия проводят, исходя из размеров обрабатываемого образца или изделия. При выборе схемы обработки и соответствующего технологического оборудования [145] (табл. 8.4) учитывают геометрию изделия и возможности локального термоупрочнения.

164. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. М.: Высш. шк., 1988. 159с.

ренные в книге «Основы лазерного термоупрочнения сплавов». Здесь на базе теоретического анализа тепловых процессов представлены металлофизические аспекты лазерного термоупрочнения и выполнена систематизация способов, режимов лазерного упрочнения конструкционных материалов, обеспечивающая практическое применение лазерного термоупрочнения.

16. Влияние лазерного термоупрочнения на износостойкость металлов при граничном трении/В. Н. Литвинов, Н. М. Михин, Г. И. Козлов, А. Д. Сокуреико//Трение и износ. 1983. Т. IV, № 2. С. 341—343.

Повышение износостойкости твердосплавных инструментальных материалов после лазерного термоупрочнения может достигать 6 раз [121]. Одним из основных аргументов, объясняющих наблюдаемый факт, признается увеличение микротвердости модифицированных лазерным воздействием приповерхностных слоев твердого сплава. Однако износостойкость инструментальных твердых сплавов весьма чувствительна к режимам облучения и условиям эксплуатации модифициро-

Условия отжига и отпуска достигаются при облучении со сравнительно низкими значениями плотностей мощности. Для лазерного термоупрочнения требуются более высокие уровни воздействия, что связано с необходимостью достижения температур структурно-фазовых превращений.

Рис. 8.13. Схемы лазерного термоупрочнения [164]

Диапазон плотностей мощности лазерного воздействия определяется верхним и нижним пределами, которые связаны соответственно с началом плавления и отпуска материала. При обработке на оптимальном режиме достигается наибольший упрочняющий эффект и глубина модифицированного слоя. Следует отметить, что из-за различающихся химических составов модифицируемых сталей и сплавов, несоблюдения режимов предварительной термической обработки рекомендуется использовать образцы-свидетели для каждой партии облучаемых изделий. Образцы-свидетели необходимы для конкретизации режимов лазерного термоупрочнения и исключения разупрочняю-щих эффектов. Подбор режимов лазерного воздействия проводят, исходя из размеров обрабатываемого образца или изделия. При выборе схемы обработки и соответствующего технологического оборудования [145] (табл. 8.4) учитывают геометрию изделия и возможности локального термоупрочнения.

164. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. М.: Высш. шк., 1988. 159с.